Herstellung und Charakterisierung des selektiv gewachsenen Permeable Base Transistors

Langen, W.

Book/Report

FZJ-2018-03793

Herstellung und Charakterisierung des selektiv gewachsenen Permeable Base Transistors

Langen, W. (Corresponding author)FZJ*

1992
Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek Verlag Jülich

Jülich : Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek Verlag, Berichte des Forschungszentrums Jülich 2611, 74 p. (1992)

Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/19144

Report No.: Juel-2611

Abstract: In dieser Diplomarbeit wurde ein Herstellungsprozeß für den selektiv gewachsenenf Permeable Base Transistor entwickelt. Im Unterschied zu herkömmlichen PBT's wurde das Wolfram - Gate in SiO$_{2}$ eingebettet und das GaAs unter Ausnutzung der selektiven Epitaxie abgeschieden. Der durch das SiO$_{2}$ bedingte Gate- Source bzw. Gate - Drain Abstand führt in Verbindung mit der kleinen Dielektrizitätskonstanten von SiO$_{2}$ zu einer Kapazitätsreduzierung, die im Hinblick aufdie Hochfrequenzeigenschaften wichtig ist. Die für einen vertikalen Transistor im GaAs Materialsystem spezifischen Probleme wurden analysiert und in ein Herstellungsrezept umgesetzt. Ein wichtiger Punkt war die Erzeugung vertikaler Kanäle in dem SiO$_{2}$/W/SiO$_{2}$ Schichtpaket mittels reaktivem Ionen-Ätzen (RIE). Die Parameter sind so optimiert worden, daß durch das gerichtete Ätzen steile Flanken erzeugt wurden. Zur Ätzung von Wolfram wurde SF$_{6}$, zur Ätzung von Siliziumdioxid wurde CHF$_{3}$ gewählt. Die Kanäle wurden durch selektive Epitaxie mit GaAs aufgefüllt. Durch diese Methode wurde polykristallines GaAs-Wachstum auf den SiO$_{2}$-Flächen unterdrückt. Im Institut für Schicht- und Ionentechnik des Forschungszentrums Jülich stehen dafür sowohl eine MOMBE- als auch eine MOVPE- Anlage zur Verfügung. An beiden Anlagen mußte die selektive Epitaxie erprobt und auf die speziellen SG-PBT Erfordernisse abgestimmt werden. In der MOVPE- Anlage wurde das GaAs sowohl mit Wasserstoff als auch mit Stickstoff als Trägergas mit vergleichbaren Ergebnissen abgeschieden. Nach der selektiven Epitaxie wurden durch das Aufdampfen von Ni/AuGe/Ni die Source- und Drain- Kontakte definiert. Das aufgedampfte Metall diente in einem selbstjustierenden Prozeß gleichzeitig als Maske für die Freilegung des Gates. Die genannten Verfahrensschritte wurden mit elektronischen Messungen (CV, Hall und Gleichstrom - Messungen) und elektronenmikroskopischen Untersuchungen (SEM, TEM) ausgewertet. Es zeigte sich u. a., daß die Orientierung der Wolfram-Streifen relativ zum Substrat einen bedeutenden Einfluß auf das Anwachsverhalten des GaAs hat. Die Ausrichtung der Streifen in [001] - Richtung ergab eine gute Anwachscharakteristik. Diese Erkentnisse wurden bei der Photolithographie durch die Ausrichtung der Maske und damit der Streifen berücksichtigt. Mit diesem Konzept und dem Entwurf einer für die Metallisierung geeigneten Maske, konnte das zur Steuerung des Transistors notwendige Sperrverhalten der Schottky - Dioden erreicht werden. Die Abhängigkeit der Barrierenhöhe und des Idealitätsfaktors einer Schottky-Diode von der Dotierung des GaAs wurde systematisch bei den für die selektive Epitaxie geeigneten Parametern untersucht. Im Dotierungsbereich von N$_{D} \le$ 3 $\cdot$ 10$^{17}$ cm$^{-3}$ zeigten die Dioden das beste Verhalten. Aufgrund dieser Versuchewurde der gleiche Dotierungsbereich für den Kanal des PBT's gewählt. Die mit MOMBE hergstellten Schottky-Dioden wiesen eine bessere Charakteristik auf als die mit MOVPE hergestellten vergleichbaren Proben. Dies kann mit der geringeren Epitaxie-Temperatur der MOMBE erklärt werden. In der MOMBE hergestellte Dioden hatten eine Barrierenhöhe von $\Phi_{Bn}$ = 0.65 eV und einen Idealitätsfaktor von n = 1.36. Der beste aus dem Ausgangskennlinienfeld folgende Wert der Steilheit wurde an einem mit MOVPE hergestellten SG-PBT gemessen. Dieser betrug g$_{m}$ = 39,4 mS/mm.

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